WO2012120680A1

WO2012120680A1 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: WO2012120680A1
Application number: PCT/JP2011/055659
Authority: WO
Inventors: ▲吉▼岡　衛
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-13
Also published as: EP2685061A4; CN103443415B; US9039981B2; JPWO2012120680A1; EP2685061A1; CN103443415A; EP2685061B1; US20130336847A1; JP5316707B2

Abstract

　本発明は、電気加熱式の排気浄化装置において、通電により発熱する発熱体とケースとの短絡を防止することを課題とする。この課題を解決するために、本発明は、通電より発熱する発熱体と該発熱体を収容するケースとの間に保持部材と内筒との積層体を配置し、内筒の上流側端部を前記発熱体及び前記保持部材の上流側端面より上流側へ延長させるとともに、その延長部に径方向内側へ突出する突起部を設けるようにした。発熱体に衝突した後に逆流する排気の流れは、前記突起部に阻まれることになる。その結果、逆流排気は、ケースと内筒との間隙に流入しなくなる。よって、ケースの内周面と保持部材の上流側端面と内筒の外周面がＰＭによって覆われることに因る絶縁性の低下が抑制される。

Description

内燃機関の排気浄化装置

　本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、通電により加熱される電気加熱式の排気浄化装置に関する。

　電気加熱式の排気浄化装置として、通電により発熱する触媒担体と、触媒担体を収容するシェル（ケース）と、触媒担体およびシェルの間に配置される繊維状のマット部材と、を備え、前記マット部材に絶縁層を設けたものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開平０５－２６９３８７号公報

　ところで、排気中のカーボンがマット部材に付着したり、排気通路やケースに溜まった凝縮水がマット部材の端面に付着若しくはマット部材に浸透したりすると、シェルと触媒担体との間が短絡する可能性がある。

　本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気加熱式の排気浄化装置において、通電により発熱する発熱体とケースとの短絡を防止することができる技術の提供にある。

　本発明は、上記した課題を解決するために、通電より発熱する発熱体と該発熱体を収容するケースとの間に保持部材と内筒との積層体を配置し、内筒の上流側端部を前記発熱体及び前記保持部材の上流側端面より上流側へ延長させるとともに、その延長部に径方向内側へ突出する突起部を設けるようにした。

　詳細には、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、
　通電により発熱する発熱体と、
　前記発熱体の外径より大きな内径を有する筒状の部材であって、前記発熱体を収容するケースと、
　前記発熱体の外径より大きな内径を有するとともに前記ケースの内径より小さな外径を有する筒状の絶縁体であって、前記発熱体と前記ケースとの間に配置される内筒と、
　前記ケースと前記内筒との間に配置される筒状の絶縁体であって、前記内筒を保持する第１保持部材と、
　前記発熱体と前記内筒との間に配置される筒状の絶縁体であって、前記発熱体を保持する第２保持部材と、
　前記内筒の上流側端部を前記第１保持部材及び前記第２保持部材の上流側端面より上流側へ延長させることにより形成される延長部と、
　前記延長部に設けられ、前記内筒の径方向内側へ突出する突起部と、
を備えるようにした。

　ここでいう発熱体は、触媒担体を兼用してもよく、或いは触媒担体の上流に配置されてもよい。第１保持部材及び第２保持部材は、絶縁性と緩衝性を有する筒状の部材であり、たとえば絶縁性を有する繊維状金属（たとえば、アルミナ繊維マット）を筒状に成形したものを用いることができる。なお、ここでいう筒状は、断面形状が真円となる形状に限られず、断面形状が楕円となる形状も含むものとする。

　このように構成された内燃機関の排気浄化装置によれば、発熱体をケースに保持するための部材が内筒により第１保持部材と第２保持部材とに分離されるため、ケースの内周面に溜まった凝縮水が第１保持部材の端面に付着若しくは第１保持部材に浸透しても、それらの凝縮水が第２保持部材を介して発熱体に伝わらなくなる。その結果、ケースと発熱体とが凝縮水を介して短絡する事態が発生しなくなる。

　ところで、内筒の表面（延長部の外周面及び内周面）と、第１保持部材の上流側端面と、第２保持部材の上流側端面とが排気中の粒子状物質（ＰＭ）によって被覆されると、ケースと発熱体とがＰＭを介して短絡する可能性がある。この問題を解決する方法としては、延長部の外周面や第１保持部材の上流側端面に付着するＰＭ量を減少させるとともに、前記延長部の外周面に付着したＰＭを速やかに酸化させる方法が有効である。

　延長部の外周面や第１保持部材の上流側端面に付着するＰＭ量を減少させる方法としては、第１保持部材の上流側端面より上流において内筒とケースとの間に形成される間隙（詳細には、内筒の外周面と第１保持部材の上流側端面とケースの内周面とに囲繞された空間。以下、この空間を「上流側間隙」と称する）へ流入する排気の量を減少させる方法が有効である。

　本願発明者の知見によれば、上流側間隙に流入する排気の量は、発熱体に衝突した後に逆流する排気（以下、「逆流排気」と称する）が延長部の上流側端部より上流へ到達したときに多くなる。これは、発熱体に衝突した排気が延長部の上流側端部より上流まで逆流すると、その逆流排気が後続の排気（ケースの上流からケース内へ流入する排気）の圧力を受けてケース内の周縁付近へ移動して前記上流側間隙へ流入するものと考えられる。

　これに対し、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、延長部から内筒の径方向内側へ突出する突起部を備えているため、前記逆流排気の流れが突起部によって阻まれるようになる。その結果、前記逆流排気が延長部の上流側端部より上流に到達しなくなる。よって、上流側間隙へ流入する排気の量を減少させることができる。上流側間隙に流入する排気の量が少なくなると、延長部の外周面や第１保持部材の上流側端面に付着するＰＭ量が減少する。また、上流側間隙に流入する排気の量が少なくなると、排気からケースを介して大気中に放出される熱量も減少するため、触媒の温度低下や暖機性の低下も抑制される。

　延長部の外周面に付着したＰＭを速やかに酸化させる方法としては、内筒の温度を高める方法が有効である。これに対し、本願の内燃機関の排気浄化装置は、延長部に前記したような突起部を設けているため、排気と内筒との接触面積又は接触時間を増加させることができる。排気と内筒との接触面積又は接触時間が増加すると、排気から内筒へ伝わる熱量が増加する。その結果、内筒の温度を高めることができる。よって、延長部の外周面に付着したＰＭが速やかに酸化されるとともに、ケースの内周面に存在する凝縮水を速やかに気化させることができる。

　本発明に係わる突起部は、延長部の上流側端部を径方向内側へ曲げて形成されるようにしてもよい。その場合は、延長部の途中（延長部における上流側端部より下流寄りの部位）に突起部が設けられる場合に比べ、逆流排気と内筒との接触面積又は接触時間が多くなるため、内筒の温度が一層上昇し易くなる。その結果、内筒の外周面に付着したＰＭが一層酸化され易くなるとともに、ケースの内周面に存在する凝縮水も一層気化され易くなる。

　なお、前記突起部は、該突起部の先端が下流側を指向するように湾曲していてもよい。このような構成によれば、逆流排気は、突起部に当たった後に順流方向へ流れるようになる。その結果、延長部の上流側端部より上流に到達する逆流排気が一層少なくなる。

　また、前記突起部の湾曲部分の曲率は、前記内筒の内壁面に沿って逆流する排気が突起部の内壁面に沿って順流方向へ旋回する大きさに定められてもよい。その場合、ケース内における排気の流れを乱すことなく、逆流排気を順流方向へ旋回させることができる。さらに、排気と内筒との接触面積又は接触時間を一層多くすることができる。よって、排気浄化装置の圧力損失を不要に増加させることなく、内筒の温度上昇量を増加させることができる。

　ここで、排気浄化装置のケースとしては、筒部と、該筒体の上流側端部及び下流側端部に連結されるテーパ状のコーン部と、を備えたものが広く知られている。このようなケースに流入した排気は、上流側のコーン部において径方向外側へ拡がりつつ下流側へ流れる傾向がある。そのため、上流側のコーン部において径方向外側へ拡がった排気の一部（たとえば、ケース内の周縁付近を流れる排気）は、上流側間隙へ流入する可能性がある。

　これに対し、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、上流側のコーン部の内壁面から下流側へ突出する環状体であって、前記内筒と同等以下の内径を有する規制部材を更に備えるようにしてもよい。なお、規制部材の軸心は、内筒の軸心と同一直線状に位置するものとする。このような規制部材によれば、上流側のコーン部において排気が前記内筒より外側（径方向外側）へ広がり難くなる。その結果、上流側コーン部へ流入した排気が上流側間隙へ流入し難くなる。よって、内筒の外周面や第１保持部材の上流側端面に付着するＰＭ量を一層少なくすることができるとともに、排気から外筒を介して大気中へ放熱される熱量を一層少なくすることができる。

　ところで、排気の流量増加などによってケース内の排気圧力が高くなるときは、排気の一部が上流側間隙へ押し込まれる可能性がある。しかしながら、前記したような規制部材を備えた排気浄化装置によれば、規制部材の外周面と上流側コーン部の内壁面とに囲繞された空間が排気を一時的に滞留させる容積室（サージタンク）として機能する。そのため、ケース内の排気圧力が高くなった場合であっても、内筒とケースとの間隙に流入する排気量を少なく抑えることができる。

　また、前記突起部の途中には、内筒の径方向外側且つ上流側へ斜めに突出する副突起部が設けられるようにしてもよい。その場合、上流側間隙へ流入しようとする排気の流れは、副突起部に遮られて前記容積室へ導かれるようになる。その結果、上流側間隙へ流入する排気の量を一層少なくすることができる。

　ところで、排気浄化装置のケースとして、筒部の両端にコーン部が連結されたものが用いられる場合は、発熱体から流出した排気のうち、ケース内の周縁付近（筒部の周縁付近）を流れる排気が下流側コーン部の内壁面に衝突した後に逆流する可能性がある。このようにして逆流する排気は、第１保持部材の下流側端面より下流において内筒とケースとの間に形成される間隙（詳細には、内筒の外周面と第１保持部材の下流側端面とケースの内周面とに囲繞された空間。以下、この空間を「下流側間隙」と称する）へ流入する可能性がある。下流側間隙に排気が流入すると、内筒の外周面や第１保持部材の下流側端面がＰＭによって被覆され、ケースと発熱体との短絡を誘発する虞がある。

　そこで、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、前記ケースの内周面において前記内筒の下流側端部より下流の部位に設けられ、該ケースの径方向内側へ突出する遮蔽部を備えるようにしてもよい。このような構成によれば、下流側コーン部から上流側へ逆流する排気の流れは、前記遮蔽部によって阻まれることになる。その結果、前記下流側間隙へ流入する排気が減少する。よって、内筒の外周面と第１保持部材の下流側端面とケース内周面とに付着するＰＭ量を減少させることができる。なお、遮蔽部の形状は、前述した突起部と同様に、逆流排気が遮蔽部の壁面に沿って順流方向へ旋回するような形状にしてもよい。

　なお、上記した種々の構成において、延長部の外周面とケースの内周面との最短距離、内筒（延長部及び突起部を含む）と規制部材との最短距離、或いは、内筒と遮蔽部との最短距離が短くなると、それらの間で放電現象が発生する可能性がある。延長部の外周面とケースの内周面との間、内筒と規制部材との間、或いは内筒と遮蔽部との間に放電現象が発生すると、ケースと発熱体が短絡する可能性もある。そこで、内筒の延長部の外周面とケースの内周面との最短距離、内筒と規制部材との最短距離、及び、内筒と遮蔽部との最短距離は、放電現象が発生しない空間距離以上に設定されることが好ましい。

　また、延長部の距離が短くなると、第１保持材と第２保持部材との間に該延長部の表面に沿って沿面放電が発生する可能性もある。すなわち、第１保持部材の上流側端面から第２保持部材の上流側端面に至る延長部の沿面距離が短くなると、第１保持部材と第２保持部材との間に沿面放電が発生する可能性がある。そこで、第１保持部材の上流側端面から第２保持部材の上流側端面に至る延長部の沿面距離は、第１保持部材と第２保持部材との間に沿面放電が発生しない距離以上に設定されることが好ましい。なお、内筒を介した沿面放電は、第１保持部材の下流側端面と第２保持部材の下流側端面との間でも発生し得る。よって、内筒の下流側端部も第１保持部材及び第２保持部材の下流側端面より下流側へ延長し、その延長部の沿面距離が第１保持部材の下流側端面と第２保持部材の下流側端面との間に沿面放電が発生しない距離以上に設定されてもよい。

　上記したように各部の相対位置や寸法が設定されると、ケースと発熱体との短絡をより確実に防止することができる。

　本発明によれば、電気加熱式の排気浄化装置において、通電により発熱する発熱体とケースとの短絡を防止することができる。

第１の実施例における排気浄化装置の縦断面を示す図である。第１の実施例における排気浄化装置の横断面を示す図である。触媒担体に衝突した後に逆流する排気の流れを示す図である。内燃機関の始動時からの経過時間と触媒担体へ流入する排気の温度（流入温度）との関係を示す図である。突起部に副突起部が設けられる構成例を示す図である。上流側延長部と他の部材との最短距離を示す図である。突起部が上流側延長部の途中に設けられる構成例を示す図である。第２の実施例における排気浄化装置の縦断面を示す図である。下流側コーン部の内壁面に衝突した後に逆流する排気の流れを示す図である。遮蔽部と他の部材との最短距離を示す図である。

　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

　＜実施例１＞
　先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図７に基づいて説明する。図１，２は、本発明に係わる内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１，２に示す排気浄化装置１は、内燃機関の排気通路に配置される電気加熱式の排気浄化装置である。なお、図１中の矢印Ｆは、排気の流れ方向を示している。

　排気浄化装置１は、円柱状に形成された触媒担体２と、触媒担体２を覆う筒状の内筒３と、内筒３を覆う筒状のケース４と、を備えている。それら触媒担体２と、内筒３と、ケース４とは、同軸に配置されている。

　前記触媒担体２は、排気の流れ方向Ｆに延在する複数の通路がハニカム状に配置された構造体であり、該構造体の外形は、円柱状に成形されている。触媒担体２には、酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒、或いは選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒などの触媒が担持されている。なお、触媒担体２は、多孔質のセラミック（ＳｉＣ）などのように、電気抵抗が大きい材料により形成されている。

　前記内筒３は、電気伝導率が低く、且つ、耐熱性が高い絶縁材（たとえば、アルミナ、或いはステンレス鋼材の表面に絶縁層をコートしたもの）を円筒状に成形したものである。内筒３は、該内筒３の内径が触媒担体２の外径より大きくなるように形成される。

　前記内筒３の内周面と触媒担体２の外周面との間には、筒状のマット部材５が圧入される。マット部材５は、電気伝導率が低く、且つ緩衝性が高い絶縁材（たとえば、アルミナ繊維マットなどの無機繊維マット）により形成される。マット部材５は、該マット部材５の軸方向の長さ（排気の流れ方向Ｆの長さ）が触媒担体２と略同等に形成される。マット部材５は、軸方向における該マット部材５の両端面の位置が触媒担体２の両端面の位置と略同等になるように配置される。

　前記ケース４は、前記触媒担体２及び前記内筒３を収容する金属製（たとえば、ステンレス鋼材）の筐体である。ケース４は、前記内筒３の外径より大きな内径を有する筒部４０と、該筒部４０の上流側端部に連結される上流側コーン部４１と、該筒部４０の下流側端部に連結される下流側コーン部４２と、を備えている。上流側コーン部４１と下流側コーン部４２は、筒部４０から離間するほど内径が小さくなるテーパ状に成形されている。

　前記筒部４０の内周面と前記内筒３の外周面との間には、筒状のマット部材６が圧入されている。マット部材６は、上記したマット部材５と同様に、電気伝導率が低く、且つ緩衝性が高い絶縁材により形成される。マット部材６は、該マット部材６の軸方向の長さが触媒担体２と略同等に形成される。マット部材６は、軸方向における該マット部材６の両端面の位置が触媒担体２の両端面の位置と略同等になるように配置される。

　なお、前記マット部材６は本発明に係わる第１保持部材に相当し、前記マット部材５が本発明に係わる第２保持部材に相当する。以下では、マット部材６を第１マット部材６と称し、マット部材５を第２マット部材５と称する。

　また、排気浄化装置１の外周面における互いに対向する２箇所には、ケース４と第１マット部材６と内筒３と第２マット部材５とを貫通する一対の貫通孔１０，１１が設けられている。触媒担体２の外周面において前記貫通孔１０，１１に望む２箇所には、一対の電極２０，２１が設けられている。電極２０，２１は、貫通孔１０，１１を通ってケース４の外部へ突出する端子を有している。電極２０，２１の突出部分（端子）は、図示しないバッテリに接続されている。

　前記ケース４における貫通孔１０，１１の周縁部には、電極２０，２１を支持する支持部材２２，２３が設けられている。支持部材２２，２３は、ケース４と電極２０，２１との間の環状の開口部を覆うように形成される。なお、支持部材２２，２３は、電気伝導率が低く、且つ通気性が低い絶縁材により形成されるものとする。

　このように構成された排気浄化装置１によれば、バッテリから電極２０，２１へ電圧が印加されたときに、触媒担体２が電気抵抗となって発熱する。触媒担体２が発熱すると、該触媒担体２に担持された触媒が昇温する。そのため、内燃機関が冷間始動された場合等に、バッテリから電極２０，２１へ電圧が印加されれば、触媒を早期に活性させることができ、排気エミッションの低減を図ることができる。

　ところで、内燃機関の排気には水分が含まれているため、その水分が内燃機関の運転停止中に凝集して排気通路や排気浄化装置１内に溜まる場合がある。凝縮水は、内燃機関の運転中に排気の圧力を受けて下流側へ移動する。排気通路から排気浄化装置１へ流入した凝縮水、或いは排気浄化装置１内に溜まっていた凝縮水は、ケース４の内周面を伝って下流側へ移動する。このような凝縮水が第１マット部材６の上流側端面に到達すると、該第１マット部材６の上流側端面から第２マット部材５の上流側端面を介して触媒担体２の表面へ伝わる場合がある。そのような場合にバッテリから電極２０，２１へ電圧が印加されていると、ケース４と触媒担体２が短絡する虞がある。

　これに対し、本実施例の排気浄化装置１では、内筒３の軸方向の長さが第１マット部材６や第２マット部材５より長くされるとともに、内筒３の両端部が第１マット部材６及び第２マット部材５より上流側及び下流側へ突出させられている。以下では、内筒３における上流側の突出部分（第１マット部材６及び第２マット部材５の上流側端面より上流側に位置する部分）３０を上流側延長部３０と称し、内筒３における下流側の突出部分（第１マット部材６及び第２マット部材５の下流側端面より下流側に位置する部分）３１を下流側延長部３１と称する。

　上記したように内筒３が形成及び配置されると、第１マット部材６の上流側端面に付着した凝縮水が第２マット部材５の上流側端面へ伝わらなくなる。その結果、凝集水に起因したケース４と触媒担体２との短絡を防止することができる。

　また、ケース４内へ流入した排気の大部分は排気の流れ方向Ｆに沿って触媒担体２へ流入するが、一部の排気は触媒担体２の上流側端面に反射して逆流する場合がある。たとえば、ケース４内の中心付近を流れる排気は触媒担体２へ流入し易いが、ケース４内の周縁付近を流れる排気は触媒担体２の上流側端面に衝突した後に逆流し易い。

　触媒担体２の上流側端面に衝突した後に逆流する排気（逆流排気）は、内筒３の内壁面（上流側延長部３０の内壁面）に沿って上流側へ流れ、内筒３の上流側端部より上流へ到達する場合がある。その場合、逆流排気は、後続の排気の圧力を受けて上流側延長部３０の外周面とケース４の内周面と第１マット部材６の上流側端面とに囲繞された空間（上流側間隙）Ａ１に押し込まれやすい。その結果、多量の排気が上流側間隙Ａ１へ流入する可能性がある。

　多量の排気が上流側間隙Ａ１へ流入すると、該上流側間隙Ａ１を囲む壁面（ケース４の内周面、第１マット部材６の上流側端面、及び上流側延長部３０の外周面）がＰＭによって被覆される可能性がある。その際、上流側延長部３０の内周面及び第２マット部材５の上流側端面がＰＭによって被覆されていると、ケース４と触媒担体２とがＰＭを介して短絡する虞がある。

　また、多量の排気が上流側間隙Ａ１へ流入すると、排気からケース４の壁面を介して大気中へ放出される熱量が増加する。その場合、触媒担体２へ流入する排気の温度（以下、「流入温度」と称する）が減少するため、排気から触媒担体２へ伝達される熱量が減少し、或いは触媒担体２から排気へ伝達される熱量が増加する。その結果、触媒の活性時期が遅くなったり、バッテリの消費電力が大きくなったりする可能性がある。

　これに対し、本実施例の排気浄化装置１は、上流側延長部３０から径方向内側へ突出する突起部３２を備えている。このような突起部３２が上流側延長部３０に設けられると、逆流排気の流れが突起部３２により阻まれるようになる。その結果、逆流排気が上流側延長部３０の上流側端部より上流へ到達し難くなり、上流側間隙Ａ１へ流入する排気の量が減少する。よって、ケース４の内周面、第１マット部材６の上流側端面、及び上流側延長部３０の外周面に付着するＰＭ量を少なく抑えることができるとともに、流入温度の低下を抑制することができる。

　また、逆流排気が突起部３２に接触することにより、内筒３と排気との接触面積及び接触時間が増加する。その結果、内筒３の温度上昇量や温度上昇速度が増加する。よって、上流側延長部３０の外周面に少量のＰＭが付着しても、それらのＰＭを速やかに酸化及び除去することができる。さらに、内筒３の温度上昇量や温度上昇速度が増加すると、上流側間隙Ａ１内に存在する凝縮水を速やかに気化させることも可能となる。

　なお、突起部３２は、該突起部３２の先端が下流側を指向するように緩やかに湾曲されてもよい。その際、突起部３２の曲率は、上流側延長部３０の内壁面に沿って流れる逆流排気が突起部３２へ到達したときに、該突起部３２の内壁面から剥離することなく流れる大きさに定められるものとする。

　このように突起部３２が形成されると、図３中の破線矢印で示すように、逆流排気が突起部３２の形状に沿って旋回する。すなわち、逆流排気は、突起部３２に案内されて逆流方向から順流方向へ旋回する。その結果、逆流排気が上流側間隙Ａ１へ流入しなくなる。よって、ケース４の内周面、第１マット部材６の上流側端面、及び上流側延長部３０の外周面に付着するＰＭ量を確実に減少させることができるとともに、流入温度の低下を確実に抑制することができる。

　ここで、上流側延長部３０に突起部３２が設けられた場合における流入温度の変化と、上流側延長部３０に突起部３２が設けられない場合における流入温度の変化を図４に示す。図４中の横軸は内燃機関の始動時からの経過時間を示し、縦軸は流入温度を示す。また、図４中の実線は上流側延長部３０に突起部３２が設けられた場合の流入温度を示し、一点鎖線は上流側延長部３０に突起部３２が設けられない場合の流入温度を示す。

　図４に示すように、上流側延長部３０に突起部３２が設けられた場合は突起部３２が設けられない場合に比して、流入温度の上昇速度が高くなるとともに、流入温度の温度上昇量が多くなる。よって、上流側延長部３０に突起部３２が設けられた場合は突起部３２が設けられない場合に比べ、触媒の活性時期を早めることができるとともに、バッテリの消費電力を少なくすることができる。

　また、逆流排気が上流側延長部３０及び突起部３２の内壁面に沿って流れるようになると、排気と内筒３との接触面積及び接触時間が一層増加する。その結果、内筒３の温度上昇量や温度上昇速度も一層増加する。よって、上流側延長部３０の外周面に付着したＰＭをより確実に酸化及び除去することができるとともに、上流側間隙Ａ１に存在する凝縮水をより確実に気化及び除去することができる。

　ところで、ケース４内へ流入した排気は、上流側コーン部４１において径方向外側へ拡がりつつ下流側へ流れる傾向がある。そのため、上流側コーン部４１において径方向外側へ拡がった排気の一部（たとえば、ケース４内の周縁付近を流れる排気）は、上流側間隙Ａ１へ流入する可能性がある。

　これに対し、本実施例の排気浄化装置１は、上流側コーン部４１の内壁面から下流側へ突出する環状の規制部材４３を備えている。規制部材４３は、内筒３の外径と同等以下の内径を有するように形成され、該規制部材４３の軸心が内筒３の軸心と同一直線状に位置するように配置される。すなわち、規制部材４３は、径方向における規制部材４３の位置が内筒３の外周面より内側（中心寄り）となるように構成される。

　このような規制部材４３によれば、ケース４内へ流入した排気が上流側コーン部４１において内筒３より外側（径方向外側）へ拡がり難くなる。その結果、ケース４内の周縁付近を流れる排気が上流側間隙Ａ１へ流入し難くなる。また、規制部材４３と突起部３２との隙間（開口面積）が狭くなるため、ケース４内の周縁付近を流れる排気は上流側間隙Ａ１へ一層流入し難くなる。よって、上流側間隙Ａ１へ流入する排気の量を一層少なくすることができる。

　なお、排気流量の増加などによってケース４内の排気圧力が高くなるときは、排気の一部が上流側間隙Ａ１へ押し込まれる可能性がある。これに対し、上記したような規制部材４３を備えた排気浄化装置１によれば、規制部材４３の外周面と上流側コーン部４１の内周面とに囲繞された空間Ａ３が排気を一時的に滞留させるための容積室（サージタンク）として機能する。そのため、ケース４内の排気圧力が高くなった場合であっても、上流側間隙Ａ１へ流入する排気の量を少なく抑えることができる。

　ここで、突起部３２の途中には、図５に示すように、径方向外側且つ上流側へ向かって斜めに突出する副突起部３２０が設けられてもよい。このような副突起部３２０によれば、規制部材４３と突起部３２との間隙へ流入する排気は、上流側間隙Ａ１へ流入し難く、且つ上記した容積室Ａ３へ流入し易くなる。その結果、上流側間隙Ａ１へ流入する排気の量は、極めて少なくなる。

　以上述べた排気浄化装置１によれば、上流側間隙Ａ１を囲む壁面（ケース４の内周面、第１マット部材６の上流側端面、及び上流側延長部３０の外周面がＰＭにより被覆される事態を回避することができるとともに、触媒担体２へ流入する排気の温度低下を抑制することができる。さらに、本実施例の排気浄化装置１によれば、内筒３（上流側延長部３０）の温度を高めることができるため、上流側延長部３０の外周面に付着したＰＭや上流側間隙Ａ１に存在する凝縮水を速やかに除去することができる。その結果、ケース４と触媒担体２との短絡を抑制しつつ、触媒を効率的に活性させることが可能となる。

　なお、本実施例においては、各部材の相対距離などについて特段記載していないが、部材間において放電が発生しないように各部材の相対距離を定めることが望ましい。たとえば、図６に示すように、ケース４の内周面と上流側延長部３０（下流側延長部３１）との最短距離Ｌ１は、ケース４と上流側延長部３０（下流側延長部３１）との間に放電が発生しない空間距離以上に設定される。突起部３２と規制部材４３との最短距離Ｌ２は、突起部３２と規制部材４３との間に放電が発生しない空間距離以上に設定される。また、上流側延長部３０（下流側延長部３１）の長さＬ３は、第１マット部材６の上流側端面（下流側端面）から、上流側延長部３０（下流側延長部３１）の外周面及び上流側延長部３０（下流側延長部３１）の内周面を経て、第２マット部材５の上流側端面（下流側端面）に至る沿面距離が沿面放電を発生しない沿面距離以上となるように定められる。

　このように各部材の相対距離が定められると、放電に起因したケースと発熱体との短絡も防止することができる。

　また、本実施例においては、突起部が上流側延長部３０の上流側端部に形成される例について述べたが、上流側延長部３０の途中に形成されてもよい。たとえば、図７に示すように、上流側延長部３０における上流側端部と下流側端部の間の部位から径方向内側へ突出するように突起部３２１が設けられてもよい。その際、突起部３２１は、図１に示す突起部３２と同様に、緩やかに湾曲するように形成されてもよい。さらに、突起部３２１は、該突起部３２１の先端が下流側を指向するように形成されてもよい。このような構成によれば、図１に示す構成に比べ、内筒３と排気の接触面積又は接触時間は少なくなるが、上流側間隙Ａ１へ流入する排気量を低下させることができる。

＜実施例２＞
　次に、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第２の実施例について図８乃至図１０に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成について説明を省略する。

　前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、ケース４の内周面において、下流側延長部３１の下流側端部より下流の部位に、遮蔽部４４が設けられる点にある。

　触媒担体２から流出した排気のうち、ケース４の周縁付近を流れる排気は、下流側コーン部４２の内壁面に衝突した後に逆流する可能性がある。このようにして逆流する排気は、ケース４の内周面に沿って上流側へ流れ、下流側延長部３１の外周面とケース４の内周面と第１マット部材６の下流側端面とに囲繞された空間（下流側間隙）Ａ２へ流入する可能性がある。

　ここで、多量の排気が前記下流側間隙Ａ２へ流入すると、該下流側間隙Ａ２を囲む壁面（ケース４の内周面、第１マット部材６の下流側端面、及び下流側延長部３１の外周面）がＰＭによって被覆される可能性がある。その際、下流側延長部３１の内周面及び第２マット部材５の下流側端面がＰＭによって被覆されていると、ケース４と触媒担体２とがＰＭを介して短絡する可能性がある。

　また、多量の排気が前記下流側間隙Ａ２へ流入すると、排気からケース４の壁面を介して大気中へ放出される熱量が増加する。よって、排気浄化装置１と異なる排気浄化装置が該排気浄化装置１より下流の排気通路に配置される場合は、その排気浄化装置へ流入する排気の温度低下を招くことになる。

　これに対し、本実施例の排気浄化装置１は、図８に示すように、ケース４の内周面において、下流側延長部３１の下流側端部より下流の部位から径方向内側且つ下流側へ斜めに突出する環状の遮蔽部４４を備えるようにした。図８に示す例では、遮蔽部４４は、ケース４の筒部４０に設けられているが、下流側コーン部４２に設けられてもよい。

　このような遮蔽部４４によれば、下流側コーン部４２に衝突した後に逆流する排気の流は、遮蔽部４４によって阻まれることになる。なお、ケース４の内周面から遮蔽部４４へ至る面は緩やかな曲面で形成されてもよい。その場合、下流側コーン部４２から逆流する排気は、図９に示すように、ケース４の内周面から遮蔽部４４の壁面に沿って旋回する。その結果、下流側コーン部４２に衝突した後に逆流する排気は、前記下流側間隙Ａ２へ流入しなくなる。よって、下流側間隙Ａ２を囲む壁面がＰＭによって被覆される事態を回避することができる。

　なお、遮蔽部４４と下流側延長部３１は、両者の間に放電が発生しないように配置されるものとする。すなわち、図１０に示すように、遮蔽部４４と下流側延長部３１との最短距離Ｌ４は、両者の間に放電が発生しない空間距離以上となるように定められるものとする。

１     排気浄化装置
２     触媒担体
３     内筒
４     ケース
５     第２マット部材
６     第１マット部材
３０   上流側延長部
３１   下流側延長部
３２   突起部
４０   筒部
４１   上流側コーン部
４２   下流側コーン部
４３   規制部材
４４   遮蔽部
３２０副突起部
３２１突起部

Claims

　通電により発熱する発熱体と、
　前記発熱体の外径より大きな内径を有する筒状の部材であって、前記発熱体を収容するケースと、
　前記発熱体の外径より大きな内径を有するとともに前記ケースの内径より小さな外径を有する筒状の絶縁体であって、前記発熱体と前記ケースとの間に配置される内筒と、
　前記ケースと前記内筒との間に配置される筒状の絶縁体であって、前記内筒を保持する第１保持部材と、
　前記発熱体と前記内筒との間に配置される筒状の絶縁体であって、前記発熱体を保持する第２保持部材と、
　前記内筒の上流側端部を前記第１保持部材及び前記第２保持部材の上流側端面より上流側へ延長させることにより形成される延長部と、
　前記延長部に設けられ、前記内筒の径方向内側へ突出する突起部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
　請求項１において、前記突起部は、前記延長部の上流側端部を径方向内側へ曲げることにより形成される内燃機関の排気浄化装置。
　請求項２において、前記突起部は、該突起部の先端が下流側を指向するように湾曲している内燃機関の排気浄化装置。
　請求項３において、前記突起部の曲率は、前記延長部の内壁面に沿って逆流する排気が該突起部の内壁面に沿って順流方向へ旋回する大きさに定められる内燃機関の排気浄化装置。
　請求項１乃至４の何れか１項において、前記ケースは、筒部と該筒体の上流側端部及び下流側端部に連結されるテーパ状のコーン部とを具備し、
　前記筒部の上流側に連結されるコーン部の内壁面には、下流側へ突出する環状体であって、前記内筒と同等以下の内径を有する規制部材が設けられる内燃機関の排気浄化装置。
　請求項５において、前記規制部材と前記延長部との最短距離は、前記規制部材と前記延長部との間に放電が発生しない空間距離以上に設定される内燃機関の排気浄化装置。
　請求項５又は６において、前記筒部の内周面における前記内筒の下流側端部より下流の部位に設けられ、該筒部の径方向内側へ突出する遮蔽部を更に備える内燃機関の排気浄化装置。
　請求項７において、前記遮蔽部と前記内筒との最短距離は、前記遮蔽部と前記内筒との間に放電が発生しない空間距離以上に設定される内燃機関の排気浄化装置。
　請求項１乃至８の何れか１項において、前記延長部と前記ケースとの最短距離は、前記延長部と前記ケースとの間に放電が発生しない空間距離以上に設定される内燃機関の排気浄化装置。
　請求項１乃至９の何れか１項において、前記第１保持部材の上流側端面から前記第２保持部材の上流側端面に至る前記延長部の沿面距離は、前記第１保持部材と前記第２保持部材との間に沿面放電が発生しない距離以上に設定される内燃機関の排気浄化装置。